(57)【要約】【課題】  簡易な構成で安価に実現することができ、しかもメンテナンスが容易な異物検査装置を提供する。【解決手段】  特定波長を含む近赤外線光を前記コンベアの幅方向全域に亘って一様に照射する赤外線光源（直管型赤外線ランプ）と、前記コンベア上の前記近赤外線光の照射領域を該コンベアの幅方向に光学的に走査する偏向機構（ポリゴンミラー）を備えて前記近赤外線光の照射領域を局部的に視野する光学系（対物レンズ系）と、この光学系を介して前記コンベア上に載置された原料および／または該原料中に混入している異物による反射光の特定波長の強度を検出する光検出素子とを備え、検査対象物からの反射光を光検出素子に導く為の光学系と、検査対象物に光を照射する照射系とを分離する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベア上に載置されて搬送される原料中に混入している異物を光学的に検出する異物検査装置であって、
特定波長を含む近赤外線光を前記コンベアの幅方向全域に亘って一様に照射する赤外線光源と、
前記コンベア上の前記近赤外線光の照射領域を該コンベアの幅方向に光学的に走査する偏向機構を備えて前記近赤外線光の照射領域を局部的に視野する光学系と、
この光学系を介して前記コンベア上に載置された原料および／または該原料中に混入している異物による反射光の特定波長の強度を検出する光検出素子と
を具備したことを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記コンベアに対峙させて設けられて視野角を制限する対物レンズ系および前記光検出素子への像焦点を調整する結像レンズ系を備えて構築されるものであって、
前記偏向機構は、前記対物レンズ系と結像レンズ系との間に介挿されて前記対物レンズ系が形成した前記光検出素子の視野の向き偏向する可動ミラーからなる請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記コンベア上を視野して得られる反射光を分光する分光器を備え、
前記光検出素子は、上記分光器により分光された複数の光路にそれぞれ設けられて、互いに異なる複数の特定波長の反射光強度を個別に検出することを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンベア上に載置されて搬送される原料中に混入している異物を、例えばたばこ刻中に混入しているゴム等の同色系異物を光学的に検出するに好適な簡易な構造の異物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たばこ刻や中骨、ラミナ等のたばこ原料への異物の混入を検査し、その異物の排除に用いられる異物検査装置は、専ら、その検査対象物の色に着目して異物検出を行っている。具体的には検査対象物を撮像して求められるカラー画像の色成分を求め、その色成分が検査対象物が持つ正常な色成分であるか、或いは検査対象物に混入する虞のある異物が持つ異常な色成分であるかをそれぞれ判定することで異物検出を行っている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながらたばこ葉（たばこ原料）は農産物であり、品種や産地、生産時期等に依存して多様な色成分を持つ。またたばこ原料に混入する異物は、通常、たばこ葉の梱包に使用される包材や紐等があり、中でも人体に有害なガスを発生するゴムや石油系異物はたばこ原料と同色系の色成分を持つことも多い。この為、上述したカラー画像から異物を確実に検出することが困難である。そこで検査対象物に赤外線を照射した際、その反射光における特定波長の強度がたばこ原料と異物とによって異なることに着目して異物検査を行うことが提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２０００−３５３２号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ００／７４５０４Ａ１号のパンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特定波長の赤外線を検査対象物に照射し、その反射光の強度を検出して異物検査を行うに際して、例えばカメラを用いて検査対象物を撮像する場合には、高価な赤外線カメラ等が必要となり、その構成が大掛かりとなると言う不具合がある。またポリゴンミラーを用いて検査対象物を光学的に走査しながら赤外線を照射し、その赤外線の照射光路を逆に辿って前記検査対象物からの反射光を検出するように構成した場合には、例えば指向性の鋭いレーザ光を用いたり、光をビーム状に絞り込むための大掛かりなレンズ系を必要とするので装置全体の構成が複雑化することが否めない。しかもポリゴンミラーを介する光照射系（投光系）と受光系との光軸を合わせるための調整やメインテナンスが煩雑になる等の問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易な構成で安価に実現することができ、しかもメンテナンスが容易な異物検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はコンベア上に載置されて搬送される原料中に混入している異物を光学的に検出する従来一般的な異物検査装置において、装置構成の複雑化と高価格化の要因、およびそのメンテナンスの煩雑化の要因が、主として検査対象物に照射する光を光学的に走査しながらその反射光を検出する上での構成に起因することに着目している。
そこで本発明に係る異物検査装置は、上述した目的を達成するべく
<ａ>  特定波長を含む近赤外線光を前記コンベアの幅方向全域に亘って一様に照射する赤外線光源と、
<ｂ>  前記コンベア上の前記近赤外線光の照射領域を該コンベアの幅方向に光学的に走査する偏向機構を備えて前記近赤外線光の照射領域を局部的に視野する光学系と、
<ｃ>  この光学系を介して前記コンベア上に載置された原料および／または該原料中に混入している異物による反射光の特定波長の強度を検出する光検出素子と
を備えたことを特徴としている。
【０００７】
即ち、本発明に係る異物検査装置は、例えば直管型の赤外線ランプのような、コンベアの幅方向全域に亘って特定波長を含む近赤外線光を一様に照射する赤外線光源を用いることで、例えば大出力のレーザ光を偏向して光学的に走査したり、検査対象物に照射する光をビーム状に絞り込む等の処理を不要とし、
一方、前記コンベア上の前記近赤外線光の照射領域を偏向機構を備えた光学系を介して前記コンベア上を局部的に視野する領域を該コンベアの幅方向に光学的に走査するようにし、この光学系を介してフォトダイオード等の光検出素子を用いて前記コンベア上に載置された原料および／または該原料中に混入している異物による反射光の特定波長の強度を検出するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは請求項２に記載するように前記光学系は、前記コンベアに対峙させて設けられて視野角を制限する対物レンズ系および前記光検出素子への像焦点を調整する結像レンズ系を備えて構築される。また前記偏向機構は、前記対物レンズ系と結像レンズ系との間に介挿されて前記対物レンズ系が形成した前記光検出素子の視野の向き偏向する可動ミラー、例えば回転駆動されるポリゴンミラーやガルバノミラーとして実現される。
【０００９】
また請求項３に記載するように前記光学系を、前記コンベア上を視野して得られる反射光を分光する分光器を備えたものとし、この分光器により分光された複数の光路に前記光検出素子をそれぞれ設けて、互いに異なる複数の特定波長の反射光強度を個別に検出するように構成することも有用である。この場合、上記分光器としては、反射光を単純に複数の光路に分岐するもののみならず、上記反射光を波長に応じて複数の光路に分波する分波器としての機能を備えたものであっても良い。
【発明の効果】
【００１０】
上述した構成の異物検査装置によれば、例えば直管型の赤外線ランプのような赤外線光源を用いて、前記コンベアの幅方向全域に亘って特定波長を含む近赤外線光を一様に照射するるだけなので、大出力のレーザ光を偏向して光学的に走査したり、検査対象物に照射する光をビーム状に絞り込むための大掛かりで複雑な光学系が不要である。そしてポリゴンミラー等の偏向機構を備えた光学系を介して前記コンベア上を局部的に視野する領域を該コンベアの幅方向に光学的に走査するだけなので、上記光学系を簡易に構成することができる。更には局部的に視野した上記領域からの反射光をフォトダイオード等の光検出素子を用いて受光してその強度を検出するだけで良いので、安価な光学部品（レンズ等）や電気部品（光検出素子）を用いて反射光の検出系を簡易に構成することができる。
【００１１】
また上述した構成であれば従来の異物検査装置に見られるように、例えば検査対象物に対して光を照射する照射系（投光系）と、上記検査対象物からの反射光を光検出素子に導く為の受光系との光軸を合わせる必要がないので、その調整やメンテナンスの大幅な容易化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について、たばこ刻（原料）中に混入した紙片等の異物を検出する異物検査装置を例に説明する。
図１はこの実施形態に係る異物検査装置の腰部概略構成図であり、１は検査対象物であるたばこ刻（図示せず）を載置して搬送するベルトコンベアである。このベルトコンベア１の上方位置には該ベルトコンベア１上に載置されて搬送される検査対象物（たばこ刻）に向けて後述する特定波長を含む近赤外線光を照射する直管型の赤外線ランプ（赤外線光源）２が設けられている。特にこの直管型の赤外線ランプ２は、ベルトコンベア１をその幅方向に横切るように設けられており、該ベルトコンベア１の幅方向の全域に亘って上記近赤外線光を一様に照射するものとなっている。この結果、ベルトコンベア１上に載置された検査対象物（たばこ刻）は、赤外線ランプ２からの近赤外線光のベルトコンベア１の全幅に亘る照射領域を通過して搬送されるようになっている。
【００１３】
尚、前記赤外線ランプ２とベルトコンベア１との間には、近赤外線だけを透過する光学フィルタ（熱カットフィルタ）３が設けられており、前記赤外線ランプ２から発せられる遠赤外線によって前記検査対象物（たばこ刻）が加熱されることがないように工夫されている。また特に図示しないが前記赤外線ランプ２には冷却装置が設けられており、この冷却装置にて前記赤外線ランプ２自体の発熱を抑えることで、その熱が前記検査対象物（たばこ刻）に加わることがないように配慮されている。
【００１４】
一方、前記ベルトコンベア１の上方位置には、前記近赤外線光の照射領域に対峙させて対物レンズ系１０が設けられており、更にこの対物レンズ系１０を介して前記ベルトコンベア１上の上記近赤外線光の照射領域を視野する位置にはポリゴンミラー（可動ミラー）１１が設けられている。このポリゴンミラー１１は、回転に伴ってその外周面に形成した複数枚のミラーの前記ベルトコンベア１に対する対向角度を順次変えることで、後述する結像レンズ系３０を介して光検出素子２０が視野する前記ベルトコンベア１上の局所領域を該ベルトコンベア１の幅方向に光学的に走査する偏向機構としての役割を担う。
【００１５】
尚、前述した赤外線ランプ２は、上記対物レンズ系１０によるベルトコンベア１の視野を妨げることがないように、例えば対物レンズ系１０の視野領域を斜め上方から照明するように前記ベルトコンベア１の搬送方向に若干位置をずらして設けられている。これによってベルトコンベア１上での前記赤外線ランプ２からの近赤外線の照射領域におけるベルトコンベア１の幅方向の全域に亘って前記対物レンズ系１０が視野し得るように、その光学的配置が設定されている。
【００１６】
また前記対物レンズ系１０には、ポリゴンミラー１１による前記光検出素子２０の視野領域の光学的な偏向走査に伴う光路長の変化等を補正するための補正レンズ系（図示せず）が組み込まれる。この補正レンズ系により、例えばポリゴンミラー１１による偏向角速度が一定の場合であっても、ベルトコンベア１上での視野領域の偏向走査速度が一定となるように補正される。また補正レンズ系により、例えば結像レンズ系３０を介する光検出素子２０の視野領域の前記ベルトコンベア１上における大きさが、前記ポリゴンミラー１１による上記視野領域の偏向走査に拘わらず一定に保たれる。
【００１７】
さて上記光検出素子２０は、ＧaＡsやＩnＧaＡs等の化合物半導体を用いたフォトダイオード（光電変換素子）からなり、その受光面に入射した（受光した）光の強度に応じた電気信号（電圧または電流）を出力する、いわゆる単機能素子からなる。前記結像レンズ系３０は、このような光検出素子２０の受光面に対峙して設けられて該光検出素子２０の視野角を制限し、例えばその光学的中心軸に沿って入射するビーム状の光だけを光検出素子２０に導く役割を担う。
【００１８】
特に前記結像レンズ系３０は、前述したポリゴンミラー（可動ミラー）１１に対してその光軸中心が常に一定位置となるように定められており、例えばポリゴンミラー１１が所定の回転角度位置にあるとき、該ポリゴンミラー１１の反射面を介して前記ベルトコンベア１の幅方向の中心位置を局部的に視野するように設定されている。このようなポリゴンミラー１１を回転させて前記結像レンズ系３０の光軸中心に対する反射面の角度を変化させることで、前記結像レンズ系３０がポリゴンミラー１１の反射面を介して視野する向きが偏向される。これによって前記結像レンズ系３０を光学的に固定した状態のまま該結像レンズ系３０が視野する向きが、つまり前記光検出素子２０が結像レンズ系３０を介して視野する向きが前記ベルトコンベア１の幅方向に、特にその幅方向の全域に亘って連続して偏向走査されるようになっている。
【００１９】
尚、この実施形態においては前記光検出素子２０が３個設けられており、これらの３個の光検出素子２０（２０ａ,２０ｂ,２０ｃ）のそれぞれに対応して３組の結像レンズ系３０（３０ａ,３０ｂ,３０ｃ）が設けられている。そして前述した対物レンズ系１０からポリゴンミラー１１を介して受光される前記ベルトコンベア１上からの反射光は、第１のダイクロイックミラー３１を介して２つの光路に分光（分波）され、分光された一方の反射光は更に第２のダイクロイックミラー３２を介して２つの光路に分光（分波）されることで計３個の光路に分光（分波）されるようになっている。そしてこれらの第１および第２のダイクロイックミラー３１,３２を介して分光（分波）された反射光は、集光レンズ系３０（３０ａ,３０ｂ,３０ｃ）をそれぞれ介して３個の光検出素子２０（２０ａ,２０ｂ,２０ｃ）により導かれて受光されるようになっている。
【００２０】
またこの図１に示す例においては、ポリゴンミラー１１から導かれる反射光を全反射ミラー３３を介して第１のダイクロイックミラー３１に導き、また第１および第２のダイクロイックミラー３１,３２にて分光（分波）された全反射ミラー３４,３５を介して反射光を光検出素子２０ａ,２０ｃにそれぞれ導くようにその光学系を設定している。しかし全反射ミラー３３,３４,３５を用いてその光軸を折り返して設定した光学系は、前述した光検出素子２０（２０ａ,２０ｂ,２０ｃ）や結像レンズ系３０（３０ａ,３０ｂ,３０ｃ）の配置（レイアウト）を考慮してそのコンパクト化を図ったものであり、必ずしも必要なものではない。
【００２１】
換言すれば上述した光学系は、前記各結像レンズ系３０（３０ａ,３０ｂ,３０ｃ）がそれぞれ形成する光路、つまり前記各光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃの視野領域を２つのダイクロイックミラー３１,３２を順に介してその光軸を一致させた１本の光路（視野領域）に合成するものである。従っていずれの光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃにおいても前記ベルトコンベア１上の同一領域を局部的に視野するようになっている。そしてポリゴンミラー１１の回転によりその視野領域をベルトコンベア１の幅方向の全域に亘って偏向走査することで、その局部的な視野領域からの反射光を前記各光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃのそれぞれにおいて受光するものとなっている。
【００２２】
さて上述した如く設けられた３個の光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃは、例えば図２に示すように互いに異なる特定波長、例えば８００ｎｍ、１４５０ｎｍ、および１９５０ｎｍの各波長帯域の反射光をそれぞれ受光してその強度を検出するように構成される。このような波長選択性は、例えば前述したダイクロイックミラー３１,３２による光透過・反射特性によって、更には各光路中に介挿された光学フィルタ２１ａ,２１ｂ,２１ｃによって付与されるものである。
【００２３】
ちなみに図２に示す特性は、２種類の原料と、この原料中に混入する異物の近赤外光線の波長に対する吸光率（反射光量の指標）の違いを対比して示したものである。この図２に示す特性からは、８００ｎｍ帯の近赤外線光に対する原料の吸光率に比較して異物の吸光率が高く、また１４５０ｎｍ帯および１９５０ｎｍ帯の近赤外線光に対する原料の吸光率に比較して異物の吸光率が低いと言う性質があることが示される。このような近赤外線光の波長に対する原料と異物との吸光率（反射率）の違いを利用して異物検査を行うべく、この異物検査装置においては前述した３個の光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃを用いて上述した各特定波長での反射光の強度をそれぞれ検出し、その検出結果に基づいて異物判定を行うものとなっている。
【００２４】
具体的にはマイクロプロセッサ等により実現される信号処理部４０においては、前記各光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃの出力から反射光中の特定波長での反射光強度をそれぞれ検出し（強度検出手段４１）、その検出結果を相互に比較判定することで前記光検出素子２０ａ,２０ｂ,２０ｃが局部的に視野したベルトコンベア１上の領域からの反射光が原料によるものであるか、或いは原料中に混入した異物によるものであるかを判定している（異物判定手段４２）。そしてその反射光が異物によるものであると判定された場合には、前記ポリゴンミラー１１の回転角度に応じて、前記ベルトコンベア１上を光学的に偏向走査している視野領域の位置、つまりベルトコンベア１の幅方向の位置を特定し（位置検出手段４３）、当該位置に存在する異物を排除するべく排除指令を発するものとなっている。
【００２５】
この指令に基づく異物の排除は、例えばベルトコンベア１による検査対象物（原料および混入した異物）の搬送に同期して、該ベルトコンベア１の端部から払い出される検査対象物に対して前記検出位置で特定される部位に向けて局部的に圧縮空気を吹き付けることで、上述した如く検出された異物とその周囲に存在する若干の原料とをその搬送経路から排除することによって行われる。尚、圧縮空気の吹きつけによる異物の排除（吹き飛ばし）については、例えばベルトコンベア１の端部に、その幅方向に沿って所定のピッチで複数の圧縮空気の吹出しノズルを配列しておき、前述した如く検出した位置情報に応じて上記吹出しノズルから択一的に圧縮空気を吹き付けるようにすれば良い。
【００２６】
かくして上述した如く構成された異物検査装置によれば、ベルトコンベア１上に載置された搬送される検査対象物（原料および原料に混入した異物）に対して直管型赤外線ランプ２を用いて、上記ベルトコンベア１の幅方向の全域に亘って一様に近赤外線光を照射しているだけなので、その照明光源の構成が非常に簡単である。特にレーザ光を用いてベルトコンベア１上を照明するものとは異なり、大掛かりな装置や光学系を用いることなく検査対象物に簡易に近赤外線光を照射することができる。しかも近赤外線光の照射部位（領域）を走査することがないので、その照射系の構成を大幅に簡素化することができる。
【００２７】
ちなみにレーザ光を偏向走査して検査対象物に上記レーザ光を照射する場合には、その偏向走査に伴う光路長の変化に起因して、例えばベルトコンベア１の中央部とその両端縁側とにおいて照射光量に差異が生じるので、これを補正することが必要となる。しかし本装置によれば照射光を走査することがなく、前述したように直管型の赤外線ランプ１を用いてベルトコンベア１上をその幅方向の全域に亘って一様に照射するだけなので、照射光量のムラが生じることがない等の利点がある。
【００２８】
そして近赤外線光を照射した検査対象物からの反射光を検出するに際しては、光検出素子２０による局部的な視野領域を前記ベルトコンベア１の幅方向に光学的に偏向走査するだけであり、その光学系の簡素化を図ることができる。また前述したように上記視野領域の偏向走査に連動させて近赤外線光の照射領域を偏向走査する必要もないので、例えば従来のように近赤外線光の照射光学系と、反射光の検出光学系とを１つの光学系として実現する必要がない。また上記照射光学系と反射光の検出光学系との光軸を精度良く合わせる等の調整も不要であり、更には照射光学系と反射光の検出光学系とを分離する為の工夫も必要がない。
【００２９】
換言すれば照射光学系と反射光検出光学系とをまとめて１つの光学系を構築した場合には、照射光学系からの光が反射光検出光学系に回り込むことがないように、例えばその光路中に光サーキュレータやハーフミラー等の光学素子を介挿することが必要となる。しかし上述した如く構成された異物検出装置によれば、近赤外線光の照射系とは独立して、単に反射光を検出する為の光学系を構成するだけで良いので、その光学系を安価に、しかもシンプルに構築することができる。またその光学系の調整やメンテナンスの容易化を図ることができる等の効果が奏せられる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば直管型の赤外線ランプ２については、対物レンズ系１０を間にしてベルトコンベア１の上流側と下流側とにそれぞれ設け、ポリゴンミラー１１を介して偏向走査される光検出素子２０の視野領域を前記ベルトコンベア１の上流側および下流側の上方位置からそれぞれ近赤外線光を照射するようにしても良い。また前記対物レンズ系１０については、光検出素子２０が視野する前記ベルトコンベア１上における領域の大きさが直径１ｍｍ程度となるように絞り込むようにその光学系を設定しておけば、その検出分解能を十分に高めることができる。
【００３１】
更には赤外線ランプ２として近赤外線光だけを発するものを用いれば、前述した熱源カットフィルタ３を省略することも可能である。また光検出素子２０を用いて検出する反射光の波長については、検出対象物の特性に応じて定めれば良いものであり、その波長に応じた検出特性を有する光検出素子２０を選定し、光学フィルタを用いて特定波長を選択するようにすれば良い。また前述したダイクロイックミラー３１,３２に代えてハーフミラーを用いて検査対象物からの反射光を分光するようにしても良い。但し、この場合には、分光による光量低減が生じることが否めないので、信号処理部４０において受光量補正する等の対策が必要となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る異物検査装置の要部概略構成図。
【図２】検査対象物に含まれる原料と異物の照射光の波長に対する吸光率の違いを対比して示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１  ベルトコンベア
２  直管型赤外線ランプ（赤外線光源）
３  熱源カットフィルタ
１０  対物レンズ系
１１  ポリゴンミラー（偏向機構）
２０  光検出素子
２１  光学フィルタ
３０  結像レンズ系
３１,３２  ダイクロイックミラー
４０  信号処理部
【図１】
2005326220.tif 000003
【図２】
2005326220.tif 000004